LED道路灯具照明性能测试技术研究

概述了几种常见道路照明测试技术及方法的特点，针对新型LED 道路灯具的配光特性，重点介绍了一种简便、高效的单灯实测合成测试方法。通过对实际测试案例进行不同测试方法所得数据的比对分析，论证了单灯实测合成方法的可行性和科学性，对LED 道路照明灯具的开发及相关测试技术的研究有一定借鉴意义。

与传统路灯光源相比，白光LED 具有低压驱动、显色性好、调光性能好、寿命长、耐震动、环保等优势，成为城市道路照明理想的节能光源。然而，LED 作为2π 平面发光光源，在出光方式上与4π 点式发光光源有着根本区别，这对LED 从器件到应用产品的发光性能测试提出了新的要求。目前，LED 道路照明市场日渐成熟，与LED 路灯相关的产品研发、测试评估技术亟待进一步规范和提高。本文在深入研究传统测试方法的基础上，结合LED 路灯产品特点及大量试验对比数据，介绍一种操作简便、准确可靠的新型道路照明测试方法---单灯实测合成方法。

1 传统道路照明性能测试方法

根据中华人民共和国行业标准CJJ 45 - 2006《城市道路照明设计标准》要求，道路照明主要性能指标包括有效照射路面平均照度( 亮度) 、照度( 亮度) 均匀度、功率密度等。传统的道路照明性能测试方法，按测试指标类别可分为照度测试法和亮度测试法; 按测试实施手段可分为仪器检测软件模拟法和道路实测法。下面以某单侧布灯道路的测试为例，比较分析各种测试方法。

1. 1 道路照度实测方法

在道路实测法中，照度测试指标最为常用。路面照度是指每1m2 水平照射面积上分布的光通量，单位为勒克斯( lx) .照度均匀度是路面最小照度值与平均照度值之比，反映路面上照度分布的均匀程度。

道路实测法主要包括路面布点、测试点参数实地测量、数据分析几个环节。

实地测量时选取符合相关标准要求的两灯之间的区域作为有效照射测试区域进行路面布点。该区域为单侧布灯、路宽10m、灯杆间隔30m,灯高10m、灯杆悬臂长度为2m、灯杆与路边距离为0. 5m.灯具水平( 0°角) 安装或固定倾角( 15° 角) 安装。路面布点采用布点间隔为2m × 2m 的矩阵形排布，如图1 所示。测试工具采用照度计。

图1 照度测试区域采样点分布

采用照度实测方法，在实地测试过程中不需要考虑路面材质等因素，相对亮度测试的影响因素较少，比较易于操作。但在实际测量过程中，要特别注意测试人员、工具的遮光影响。一般采用延长照度计数据线的方法( 将探头外伸3m) ; 且测试人员应面向光源方向读取数据，尽量避免人员读取数据时遮挡光线，影响测试精度。为了更准确地模拟实际照明环境，本实验采用了三盏灯，实际测量的是两盏间的数据。经过实地测量，该测试区域中采样点的照度值如表1 所示。表1 中第5 行数据为靠近灯杆侧的采样数据。

表1 照度实测数据。

1. 2 道路亮度实测方法

亮度是道路表面单位面积上反射出的光量，单位为坎德拉每平方米( cd /m2 ) .亮度均匀度是路面上亮度分布的均匀程度即路面最小亮度值与平均亮度值之比。道路亮度实测方法是指，为了获得路面实际平均亮度值、亮度均匀度值等照明性能指标，对路灯安装调试完毕并正常运行的路面进行实地亮度测试。

本文实际亮度测试方法为： 在路面上选取4 只灯间隔区域，采用成像亮度计按照CIE140 道路照明计算方法进行测试布置。路面为宽10m 的四车道，灯具间隔30m,单侧排布灯具。设置亮度计位置距测试面高1. 25m、距第一盏灯灯杆垂直距离为50m,符合CIE角度要求( CIE 要求，亮度计高1. 5m,距灯杆垂直距离60m,如图2、图3) ; 沿路面纵向放置亮度计并设置如图2 中观察者的位置，测绘50 ~ 133m 范围路面( 由于实际测试场地限制，范围按同比例缩小) .测试工具采用亮度计或者CCD 成像仪。

图2 CIE 规定的路面亮度观察条件示意。

图3 亮度实测设置举例。

亮度测试方法可以较真实地给出视感条件的真实情况，帮助驾驶员辨清路面障碍物，但是此方法操作较为复杂，影响因素较多( 如要考虑路面材质，亮度系数等) ,实际实施比较困难，测量精度不易保证。

总体来讲，实地路面测量需要完整的设置路面场景，需要动用较多的人力、物力，测试费用较高，不易于实地操作，不能满足工程产品研发试验需要缩短研发周期、频繁试验的需要。所以在充分研究实地测试的基础上，仪器检测软件模拟方法开辟了一条更为简便的途径。

1. 3 仪器检测软件模拟方法

在计算机科学技术不断发达的今天，软件模拟技术得到充分发挥。路灯道路照明性能测试仪器检测软件模拟方法即是很好的例子。该方法是根据发光体光路追迹规律，以单灯实验室光度测试文件为依据，设计软件模拟实地测试结果。具体实施步骤为：

首先对单灯测试样品采用专业测试仪器( 一般采用分布式光度计) 测试出其光形分布图，生成IES 文档;再采用专业的模拟分析软件( 成熟的软件如DIAlux)调用IES 文档，模拟分析实际路面亮度分布或者照度分布。如在DIAlux 软件中可以虚拟建造一段与上述实测案例相同的单侧布灯、10m 杆高、10m 路宽、30m灯杆间距的有效照射测试路面，采样布点方式设置和实地测试相同，如图1,灯杆悬臂长度设为2m,灯杆与路边距离设为0. 5m,灯具安装设置为水平( 0°角)安装或固定倾角( 15°角) 安装。之后，软件会根据灯具的光形分布给出采样点的模拟测试结果。

仪器检测软件模拟方法的优点是测试结果与实地测试结果较为接近，操作实施相对简便。但是其要求首先测得样品灯具的光形分布即IES 文档，这同样为试验研发LED 道路灯具的测试验证带来了不便。

为此，接下来介绍一种更为简便实用的测试方法---单灯实测合成方法。

2 单灯实测合成方法

单灯实测合成方法，相对于实地测试，无需在整条道路上完整安装若干盏灯具，只需实际安装1 盏测试灯具即可，操作比较简便，数据准确可靠。根据LED 路灯配光对称性的特点，主要测试有效照射面积的二分之一的区域，即单颗路灯沿路面纵向的单侧，同时考虑到灯间交汇区光照度叠加，测量横向整个路面，纵向单侧超过二分之一有效照射面再延伸几个测试点。与传统的实地测试相同，采用2m 间隔布点，面向灯体方向实际测量地面测试点照度( 此为单灯测试，不需要延长照度计数据线即可有效避免遮光) ,得到的单灯实际测试数据如表2.

对测试点实测数据进行几何叠加合成，还原出实际有效照射面积( 布灯及道路参数见图1) 上的照度值分布如表3 所示。

表2 单灯实际测试数据

表3 还原合成实际路面照度分布

此方法经过试验比较，大大精简了实地测试难度。将表3 合成结果与传统的道路照度实测法、仪器检测软件模拟法的测试数据进行比对，如表4 所示。

单灯测试合成法与实地测试的数据相比，误差在10% 以内，可见该方法准确度较高，具备可行性，会为产品研发过程中快速便捷的测试提供有效途径。

表4 三种测试方法的测试结果比对

3 总结

以上分析比较了各种不同的测试路灯道路照明性能的方法，结合LED 新型路灯特点，介绍了一种单灯实测合成方法，该方法已成功应用于近百例路灯的对外测试服务。目前，我们还在对此单灯实测合成方法进行进一步改进，正着手开发一款自动数据处理合成数据软件，使测试更加简便，测试结果更加准确，从而提供更可靠的数据。